專利名稱：用于估算30~100GHz電磁波歸一化霧衰減的經(jīng)驗公式的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種估算3(T100GHZ電磁波歸一化霧衰減的方法，屬于對流層電波傳輸領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
毫米波與微波系統(tǒng)幾乎具有同樣悠久的歷史，但是由于毫米波波長較短的緣故，使其在大氣傳播過程中損耗較大，而功率源等關(guān)鍵器件此前一直發(fā)展緩慢，導(dǎo)致了毫米波技術(shù)的應(yīng)用遠不如微波技術(shù)廣泛。近年來，毫米波固態(tài)源、新型高功率毫米波電真空源等技術(shù)的發(fā)展和突破，使毫米波系統(tǒng)重新受到眾多學者的關(guān)注。目前，毫米波頻段暫無確切的定義，一般將3(T300GHz(對應(yīng)f IOmm波長)的頻域成為毫米波。毫米波在大氣中傳輸時會受到嚴重的衰減，霧就是其中一個重要的影響因素。現(xiàn)階段，計算電磁波歸一化霧衰減K1 (單位dB/km/g/m3)的方法主要有兩種:Mie散射理論和Rayleigh吸收近似模型。Mie散射理論假設(shè)懸浮顆粒近似為球體，可用于計算雨、霧、沙塵等引起的電磁波衰減值，計算結(jié)果精確，但 是計算復(fù)雜度很高，運算過程涉及到貝塞爾函數(shù)、漢克函數(shù)等復(fù)雜函數(shù)，并且計算結(jié)果容易發(fā)散。相比于Mie散射理論,Rayleigh吸收近似模型計算過程簡單,具體計算公式如下:K1 = (0.819f) / [ ε i (1+ η2) ](I)η = (2+er)/￡i⑵ε r = ( ε 0-ε ^/[!+(f/fp)2] + ) ε「ε 2)/[l+(f/fs)2]+ε 2(3)ε i = [f*( ε - ε ^!/{^[1+(^)2]} + ^^ ε「ε 2)]/{fs*[l+(f/fs)2]}(4)fp = 20.09-142.4 ( θ -1) +294 ( θ -1)2⑶ε 0 = 77.66+103.3 ( θ -1)(6)ε ! = 5.48(7)θ = 300/Τ⑶其中，絕對溫度T的單位為開爾文。若電磁波波長遠大于霧滴尺寸，可使用Rayleigh吸收近似模型代替復(fù)雜度很高的Mie散射理論用于計算歸一化霧衰減。從公式(1Γ(8)可知:雖然相對于Mie散射理論來說，Rayleigh吸收近似模型較簡單,但是計算過程仍顯復(fù)雜。為進一步簡化計算過程并方便工程上應(yīng)用，多名學者建議可在損失部分精度的前提下，使用復(fù)雜度更小的Rayleigh吸收近似模型的近似表達式(經(jīng)驗公式)估算歸一化霧衰減。目前，已有的經(jīng)驗公式包括:Staellin經(jīng)驗公式(1966年)、Benoit經(jīng)驗公式(1968年)、Altshuler經(jīng)驗公式(1984年),Liebe經(jīng)驗公式(1989年)以及趙振維經(jīng)驗公式(2000年)。各公式的具體形式如下:
權(quán)利要求
1.本發(fā)明提出一個用于估算電磁波歸一化霧衰減的經(jīng)驗公式，在溫度范圍為-8 20° C時，可用于估算由于霧所引起的頻率范圍為3(T100GHZ電磁波的衰減值；其特征在于選取的公式模型為 Klnew = A(f) ΘΒ (I) 其中，Kljirat表示電磁波霧衰減的歸一化值,單位(dB/km)/ (g/m3) ； θ = 300/T,絕對溫度T單位為開爾文；A(f)與B(f)形式為 A (f) = paral+para2*fpara3(2) B (f) = para4+para5*f+para6*f2(3) 式中，paral^para6為6個待定參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，確定參數(shù)paral"para6的具體方法如下: a)令Θ= 1，此時1(11^ =六的，在0 10006取內(nèi)任意選取包含3(TIOOGHz的頻段(例如25 305GHz),利用Rayleigh吸收近似模型(理想模型)計算Θ = I時該頻段的歸一化霧衰減數(shù)據(jù)K1 κ，利用A (f)對上述K1 κ數(shù)據(jù)進行擬合，計算3(T100GHZ頻段下所得擬合式的Kl new (一維數(shù)組)與Rayleigh吸收近似模型的Klji (一維數(shù)組)的相對誤差絕對值的最大值A(chǔ)BS，對比分析(TlOOOGHz內(nèi)所有包含3(Tl00GHz的頻段所對應(yīng)的擬合式的ABS，選取其中ABS最小的擬合式作為最佳A(f)，利用上述方法可得當頻段取23 IOOGHz時ABS為1.37%，此時所得擬合式最佳，并且 paral = -0.10606, para2 = 0.0016174，para3 = 1.69238 ； b)在a)基礎(chǔ)上，還需確定para4"para6,此時令溫度t(單位。C)分別等于-8、-7...19,20,由式⑴得到29個與溫度無關(guān)(此時溫度為常數(shù)，t分別為-8、-7...19,20)的模型，與a)方法類似選取所有包含3(Tl00GHz的頻段，對應(yīng)每個頻段，由于溫度選取的不同，可得到29個擬合式，計算3(Tl00GHz頻率范圍、_8 20° C溫度范圍內(nèi)的Kl new (二維數(shù)組)和K1k (二維數(shù)組)，分別計算29個擬合式的ABS，并選取對應(yīng)ABS最小的擬合式作為備選擬合式；對比分析(TlOOOGHz內(nèi)所有包含3(Tl00GHz的頻段所對應(yīng)的備選擬合式的ABS，選取其中ABS最小的備選擬合式作為最佳擬合式，計算結(jié)果表明，當溫度為-4° C、頻率范圍選取21 154GHz時，ABS為4.4709%，此時擬合式最佳，并且para4 = 9.2419, para5 = -0.068303, para6 = 3.5235X 10_5 ； 綜上，最終的經(jīng)驗公式為=(-0.10 Μ+0.0016Π4/丨廁8)*#24獅邏30y+3J236x,
全文摘要
當電磁波波長遠大于霧滴尺寸時，Rayleigh吸收近似模型可用于計算霧對電磁波產(chǎn)生的衰減，雖然計算結(jié)果精確，但是計算過于復(fù)雜，本發(fā)明提出了一個用于估算電磁波歸一化霧衰減的經(jīng)驗公式該公式適用的溫度范圍為-8~20°C、頻率范圍為30~100GHz，與現(xiàn)有的經(jīng)驗公式相比，該經(jīng)驗公式計算精度更佳、相關(guān)系數(shù)更高，計算結(jié)果表明本發(fā)明提出的經(jīng)驗公式與Rayleigh吸收近似模型的相對誤差絕對值的最大值不大于4.48%。
文檔編號G06F19/00GK103177181SQ20121054971
公開日2013年6月26日 申請日期2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月17日
發(fā)明者毛峽, 劉運龍 申請人:北京航空航天大學